[发明专利]一种镁合金表面梯度复合压电生物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁合金表面梯度复合压电生物涂层，镁合金基体表面上沉积有氧化镁多孔膜层，在氧化镁多孔膜层表面上通过粉末喷涂逐层构建有成分梯度层。其制备方法为首先将医用镁合金表面进行经微弧氧化预处理，然后通过粉末喷涂逐层构建成分梯度层，且各梯度层厚度一致，再经过湿法养护发生酸碱水泥反应形成化学键合，得到界面结合强度高的梯度复合涂层，最后经过高温空气极化，即得到梯度复合压电生物涂层。本发明制备得到的镁合金表面梯度复合压电生物涂层解决了现有技术制备的医用镁合金复合涂层界面结合强度低且缺乏压电特性的问题。

技术领域

本发明属于生物医用材料表面改性技术领域，具体涉及一种镁合金表面梯度复合压电生物涂层，还涉及该镁合金表面梯度复合压电生物涂层的制备方法。

背景技术

生物医用镁及镁合金具有良好的生物力学相容性，与骨组织相匹配的弹性模量，具有较好的生物相容性，可加速骨组织的愈合和生长；具有可生物降解性，在生物体内可以随新骨的生长而逐渐降解消失，降解产物对生物体没有毒害作用，并且Mg²⁺是人体新陈代谢不可或缺的微量元素。因此生物医用镁及镁合金有望成为新一代可降解植入金属材料，具有非常广阔的医学发展前景。然而，镁及镁合金在生理环境中降解速率过快，与周围新生组织及愈合速度不匹配，引起力学支撑作用过早失效、氢气释放量超过人体容许范围、植入体周围pH值迅速变化产生炎症反应等，导致其在生物医学上的应用受到限制。因此有效控制降解速率，成为近年来研究的关键和热点。而表面改性技术已经证实是降低镁合金降解速率的有效方法之一。

研究表明微弧氧化技术可利用微弧区瞬间高温作用直接在金属表面原位生成氧化物陶瓷膜，可有效提高镁合金的电极电位，提高腐蚀阻力，但是微弧氧化膜层特定的火山灰孔结构对于镁合金腐蚀速率保护具有局限性，因此有必要对微弧氧化膜层进行封孔处理或进一步进行复合涂层的研究。

根据相关报道，磷酸镁骨水泥(MPC)是一种具有凝结硬化快、早期强度高、黏结强度好、干燥收缩小、生物相容性好，可用于填充骨与植入物间隙或骨腔的生物材料，最早应用于固定股骨假体关节的置换，可保证术后假体的即时稳定，使骨组织-骨水泥-假体界面上无任何微动，允许术后早期负重。

同时，研究者发现骨组织受应力作用时，会产生一些电信号，这些电信号能够影响骨的生长和吸收。骨的力-电性质的发现产生了关于Wolff功能适应定律作用机理的假设，认为应力促进骨重建的原因可能是应力在骨内产生的电位，这种电位引起细胞反应导致骨生长和吸收。电刺激影响骨骼生长、促进骨折愈合、提高骨骼力学性质的作用已经被现代医学证明并应用于临床。钛酸钡属于钙钛矿结构晶体，当温度低于居里温度(T_c)120℃时，晶体结构由立方结构转变四方结构，存在优良的压电效应，而且具有生物相容性，具有应用于生物医用材料的潜力和前景。

中国专利《一种医用镁合金表面涂层的制备方法》(申请号：201610918047.5，公开号：CN 106544714 A，公开日：2017.03.29)公开了一种医用镁合金表面涂层的制备方法，以石墨板作为阴极，预处理的镁合金作为阳极进行电解抛光处理，或以不锈钢板为阴极，电解抛光处理过的镁合金作为阳极进行微弧电泳处理，将微弧电泳处理过的镁合金进行水热合成处理，即在镁合金表面制得涂层，但是该方法中羟基磷灰石脆性高，强度相对较低，在一定程度限制其应用空间。中国专利《镁合金表面涂层的制备方法》(申请号：201610459473.7，公开号：106191963 A，公开日：2016.12.07)公开了一种镁合金表面涂层的制备方法，镁合金基体表面打磨、抛光处理后进行微弧氧化处理，再进行溶胶凝胶封孔处理，形成溶胶凝胶涂层，复合涂层的耐腐蚀特性明显高于微弧氧化涂层，但是该涂层不具备骨诱导性的特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金表面梯度复合压电生物涂层，解决了现有技术制备的医用镁合金复合涂层界面结合强度低且缺乏压电特性的问题。

本发明的另一个目的是提供上述镁合金表面梯度复合压电生物涂层的制备方法。